Карманный коллайдер – почти реальность
Новый метод разгона элементарных частиц позволит разгонять их, используя длину разбега всего в несколько десятков сантиметров.
В настоящее время ускорители заряженных частиц имеют огромные размеры, так, длина основного кольца Большого адронного коллайдера составляет 26659 метров. Длина ускорителя проектируемого Международного линейного коллайдера и того больше – 31 километр (возможен даже вариант его удлинения до 50 километров). Предположительно, этот коллайдер будет построен на юге Японии в середине 2020-х годов.
Другой огромный коллайдер планируется построить в Китае. Ученые Поднебесной планируют его строительство с длиной разгонного пути в 52 км. Европа и США не намерены отставать: выдвигаются идеи строительства коллайдера с длиной разгонного пути в 100 км (суперпротонный коллайдер).
Строительство коллайдеров подобных размеров влечет за собой немало сложностей и требует миллиарды долларов. Помимо огромных размеров, значительные сложности в ходе их строительства также связаны с тем, что разгоняющие магниты охлаждаются до очень низких температур (- 271 ºC), близких к абсолютному нулю с помощью жидкого гелия. Также требуется жесточайший вакуум внутри, для чего нужны вакуумные насосы. В результате частицы разгоняются до огромных скоростей – на Большом адронном коллайдере скорость частиц, имеющих совокупную массу около нанограмма, всего на 3 метра в секунду меньше скорости света.
Однако не исключено, что разгонять элементарные частицы будет возможно и на гораздо меньших расстояниях. Для этого будет применяться не просто электромагнитное поле, а плазма. Ученые из Национальной лаборатории по ускорению (National Accelerator Laboratory) Стэнфордского университета в настоящее время ведут разработку принципиально нового метода разгона элементарных частиц, который позволяет создавать гораздо более компактные ускорители по сравнению с теми, что существуют сейчас. Разгон в обычных ускорителях ведется в вакууме с низкой энергетической плотностью, поэтому и требуются огромные расстояния и время. В мини-ускорителе разгон проходит в трубке, заполненной водородом, нагретым до высоких температур. Новый метод получил название «ускорение в плазменном кильватере» (plasma wakefield acceleration). В настоящее время функционирует ускоритель длиной всего 30,5 см.
Миниатюрные «мини-коллайдеры» могут найти неожиданное применение. Пока же прогнозируется, что они будут широко применяться в медицине для выполнения лучевой терапии. Кроме того, возможен «взрыв» новых открытий в области физики высоких энергий, ибо почти каждая лаборатория сможет найти место для подобного коллайдера.
